现代控制理论期末作业

1、南京工程学院硕士专业学位研究生课程论文（设计）课程名称 现代控制理论 教师姓名 李先允 研究生姓名 刘 哲 研究生学号 450150215 专业领域 电气工程 年 级 研1502 日期: 2016 年 01 月 3 日 评 语对课程论文的评语:平时成绩：课程论文成绩：总 成 绩：评阅人签名：注：1、无评阅人签名成绩无效；2、必须用钢笔或圆珠笔批阅，用铅笔阅卷无效；3、如有平时成绩，必须在上面评分表中标出，并计算入总成绩。 基于a、坐标系的异步电动机调控研究直驱型永磁风力发电系统的控制策略研究刘哲（南京工程学院 电力工程学院，江苏省 南京市 211100）摘要：本文基于Matlab/Simuli

2、nk 软件，研究异步电动机在正交坐标系 （坐标系）下的状态方程，通过模型的搭建，使得异步电动机能够以图形数据的方式进行仿真模拟将要实施的定子磁链设计，查看仿真后的各种波形。按定子磁链定向的异步电动机控制仿真，通过模型的搭建，使得异步电动机能够以图形数据的方式进行仿真模拟将要实施的定子磁链设计，查看仿真后的各种波形。Modeling and Simulation of Direct-driver Permanent Wind Power System Abstract: Direct -drive wind power generation systems become popular with

3、 the advantages of without the need for electricity excitation, low noise, low maintenance costs, simple control, etc. Based on Matlab/Simulink, the wind power system simulation model with Direct -drive permanent magnet synchronous generator was established in this paper. In the model of wind power

4、generation system, by the analysis of the wind speed, wind turbines and permanent magnet synchronous generator, the whole power converters, the wind power generation system model was developed. Simulation results showed that the system can run in the stable way under different wind speeds, and the f

5、inal output voltage waveform was approximate to sine with small harmonic content.Key words: direct-drive; permanent magnet synchronous generator; Matlab/Simulink; simulation0 引言异步电动机又称感应电动机，是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电机。异步电动机按照转子结构分为两种形式：有鼠笼式、绕线式异步电动机。它具有非线性、强耦合、多变量的性质，要获得高动态调速性

6、能，必须从动态模型出发，分析异步电动机的转矩和磁链控制规律，研究高性能异步电动机的调速方案。本课程设计是基于Matlab的按定子磁链定向的异步电动机控制仿真，通过模型的搭建，使得异步电动机能够以图形数据的方式进行仿真模拟将要实施的定子磁链设计，查看仿真后的各种波形。而本身异步电动机三相原始动态模型相当复杂，分析和求解这组非线性方程十分困难所以就通过坐标变换的方法予以简化。 异步电动机又称感应电动机，是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电机。异步电动机按照转子结构分为两种形式：有鼠笼式、绕线式异步电动机。它具有非线性、强耦合、多变量的性

7、质，要获得高动态调速性能，必须从动态模型出发，分析异步电动机的转矩和磁链控制规律，研究高性能异步电动机的调速方案。而本身异步电动机三相原始动态模型相当复杂，分析和求解这组非线性方程十分困难所以就通过坐标变换的方法予以简化。 异步电动机具有非线性、强耦合、多变量的性质，要获得高动态调速性能，必须从动态模型出发，分析异步电动机的转矩和磁链控制规律，研究高性能异步电动机的调速方案。矢量控制系统和直接转矩系统是已经获得成熟应用的两种基于动态模型的高性能交流电动机调速系统，矢量控制系统通过矢量变换和按转子磁链定向，得到等效直流电动机模型，然后模仿直流电动机控制策略设计控制系统；直接转矩控制系统利用转矩偏

8、差和定子磁链幅值偏差的正、负符号，根据当前定子磁链矢量所在位置，直接选取合适的定子电压矢量，实施电磁转矩和定转子磁链控制。本文将集中研究异步电动机在正交坐标系 （坐标系）上的状态方程，并给出仿真电路和仿真波形。1模型建立1.1异步电动机的三相数学模型在研究异步电动机的多变量非线性数学模型时，常作如下的假设： （1） 忽略空间谐波，设三相绕组对称，在空间互差23电角度，所产生的磁动势沿气隙周围按正弦规律分布。 （2） 忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定的。 （3） 忽略铁心损耗。 （4） 不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响。 无论电机转子是绕线型还是笼型的，都将它等效成三相绕线转子，

9、并折算到定子侧，折算后的定子和转子绕组匝数都相等。这样，实际电机绕组就等效成图1所示的三相异步电机的物理模型。图1 三相异步电机物理模型2 动态数学模型： 由于电流、转速、磁通都同时变化，在数学模型中含有两个变量的乘积项，再加上其他因素，所以数学模型是非线性的。总体来说，异步电动机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。2.1 其动态数学模型组成：（1）磁链方程：（2）电压方程：（3）转矩方程：（4）运动方程：2.2 简化磁链异步电动机的动态数学模型之所以复杂，关键是有一个复杂的 6*6 电感矩阵，它体现了定子三相绕组和转子三相绕组之间磁链互相影响的复杂关系。因此要简化数学模型，

10、须从简化磁链关系入手，简化的途径就是坐标变换。 （1）3/2变化（2）2r/2s变化（3）简化所得方程：3 异步电动机的建模与仿真：3.1状态方程建立坐标系下以 w ys is 为状态变量，状态方程如下：3.2 仿真3.2.1参数设置（1）设置、的相电压幅值为380v（2）改变、的相电压复制为220v（3）对比仿真图像分析3.2.2仿真电路图如下：（1）总电路图：图2 异步电机模型电路图（2）模块subsystem 3图3 模块subsystem 33.2.3 仿真波形图（1）相电压幅值为380v（1）相电压幅值为220v4总结分析如图所示，黄线表示异步电动机的转速，红线标示异步电动机的转矩。先从黄线开始分析，我们观察两个波形图，黄线刚开始都是有很大的一段提升，那是处于异步电动机启动的阶段以w ys is 为状态方程，220V为三相电压幅值的波形，转速波形基本一致。同样的以w ys i 为状态方程，380V为三相电压幅值的波形，电动机启动后转速更快达到稳态状态。由此可得电压的改变对电动机起动后达到稳态所需要的时间有直接影响的作用。而后我们从红线，即转矩波形分析。由于MATlab默认空载转矩为零，所以其达到稳态状态即